А. И. Брусницын

Cанкт-Петербургский государственный университет,
г. Санкт-Петербург

 

 

Гидротермально-осадочные марганцевые отложения широко распространены в вулканогенных структурах различного возраста. При изучении условий их формирования чрезвычайно эффективным методическим приемом является сравнение геологических и геохимических данных о месторождениях складчатых областей континентов с материалами по рудоносности гидротермальных систем современного океана.

Подобное исследование выполнено нами на примере девонских марганцевых месторождений Магнитогорского палеовулканического пояса Южного Урала. В данном регионе некоторые марганцеворудные объекты, как например марганцевые линзы Учалинского месторождения, пространственно связаны с залежами колчеданных руд, но большинство из них локализовано на значительном латеральном и/или стратиграфическом удалении от сульфидных построек. В настоящей работе мы рассмотрим модели генезиса самостоятельных марганцевых отложений.

Анализ геологического строения и вещественного состава марганцевых руд южноуральских месторождений позволил разделить их на две главные генетические группы: 1) рудоносные постройки, сформировавшиеся в зоне разгрузки придонных гидротермальных источников (пригидротермальные отложения); 2) рудоносные залежи, накопившиеся на удалении от приустьевых зон гидротермальных источников (дистальные отложения).

Кместорождениям первой группы относятся Кожаевское, Уразовское, Ниязгуловское-1, Биккуловское, Казган-Таш, Кызыл-Таш, Янзигитовское, Средне- и Южно-Файзулинское и некоторые другие.

Эти объекты локализованы в вулканогенно-осадочных отложениях различных стратиграфических уровней, принадлежащих к структурно-формационным комплексам палеоостровной дуги и междугового бассейна. Месторождения отличаются друг от друга деталями геологического строения и минерального состава марганцевых пород. Но, при этом, общим для всех является тесная ассоциация марганцевых руд с массивными или брекчевидными гематит-кварцевыми породами – джасперитами. По современным представлениям, джаспериты рассматриваются как литифицированные аналоги кремнисто-железистых отложений, формирующихся на поверхности морского дна в местах просачивания низкотемпературных растворов [3].

На месторождениях джаспериты формируют линзовидные или холмообразные постройки, во внешних частях которых залегают уплощенно-линзовидные тела марганцевых руд. Последние представляют собой мелкозернистые оксидно-карбонатно-силикатные породы с типично седиментогенно-диагенетическими структурами и текстурами. Руды отличаются очень неоднородным распределением главных компонентов (марганца, кремния, железа, кальция и алюминия) и соответственно разнообразной минералогией. Самые распространенные минералы – родохрозит, родонит, тефроит, кариопилит, андрадит, гаусманит, гематит и кварц.

В целом, для месторождений первого типа характерны широкий стратиграфический размах, тесная ассоциация с джасперитами, латеральная зональность (джаспериты ® руды), неоднородное внутреннее строение и пестрая минералогия залежей.

Помимо Урала, подобные объекты известны также в вулканогенных поясах США, Коста-Рики, Кубы, Италии, Австралии и других регионов.

В современных океанах примером зональных кремний-железо-марганцевых построек могут служить гидротермальные холмы подводной горы Франклин в бассейне Вудларк [5]. Здесь на дне кальдеры вулкана формируются небольшие (до 7 м высотой) зональные холмообразные отложения, основной объем которых сложен аморфными Fe-оксигидроксидами и кремнеземом, переходящими к ядру постройки в нонтронит. С поверхности такие холмы покрыты корками Mn-оксигидроксидов (бёрнессит, вернадит). Аналогичные постройки известны и во многих других активных районах Мирового океана [4]. Причем, на некоторых из них в настоящее время наблюдается гидротермальная активность, фиксируемая по истечению низкотемпературных (»  30 ° C) растворов и геохимическим аномалиям в придонном слое воды.

Формирование подобных отложений происходит при поступлении на открытый участок морского дна низкотемпературных гидротермальных растворов, имеющих, вероятно, термоконвекционную природу. В области смешения флюида с морской водой, вследствие перепада физико-химических параметров среды, создавался узко локализованный геохимический барьер, на котором осаждались рудные компоненты. При этом отчетливо проявлялась дифференциация элементов: большая часть кремнезема и железа отлагалась непосредственно у устья гидротермы, давая начало железо-кремнистым илам (протоджасперитам), а марганец, как более растворимый металл – на небольшом удалении от него, где рудоносный флюид был максимально разбавлен морской водой. Таким путем формировались зональные отложения с железо-кремнистым ядром и марганцевыми залежами на периферии.

Пульсационный характер гидротермальной деятельности обеспечивал ритмичное поступление рудного материала в область седиментации, где он неравномерно смешивался с фоновыми осадками. В результате этого рудные залежи приобретали линзовидно-полосчатое строение с очень неоднородным составом. Близость к гидротермальному источнику обеспечивала благоприятные условия для развития макро- и микрофауны, отмирание которой способствовало накоплению в осадках органического вещества. Реликты пригидротермальной фауны установлены на Южно-Файзулинском месторождении [2]. Кроме того, присутствие в рудах биогенного материала зафиксировано по изотопному составу углерода карбонатов. На постседиментационных этапах подобные отложения были преобразованы в пестрые по составу оксидно-карбонатно-силикатные руды, содержащие карбонаты и многочисленные силикаты двухвалентного марганца.

Месторождения второй группы также широко распространены на Южном Урале. К их числу относятся месторождения Ниязгуловское-2, Габдиновское, Рахметовское, Аюсазовское, Кусимовское, Северо-Файзулинское и другие.

Данные месторождения очень похожи друг на друга и резко отличаются от месторождений первого типа. Все они расположены на одном стратиграфическом уровне, среди кремнистых отложений бугулыгырского горизонта, сформировавшихся в обстановке междугового бассейна. Марганцевоносными являются крупные линзовидные тела тонкополосчатых сургучных яшм, а джаспериты на месторождениях либо не встречаются, либо залегают стратиграфически значительно (более 5 м) ниже продуктивных горизонтов. Рудные тела очень просты и однообразны по строению. Как правило, они представляют собой пачку (мощностью до 2 м) ритмичного переслаивания тонких (1.5 см) прослоек браунита с такими же по мощности слойками яшмы. Рудные горизонты не имеют хорошо выраженной латеральной зональности.

Такие же по строению и составу руд месторождения выявлены в Казахстане, Италии, Пакистане и других регионах. Главная особенность всех этих объектов заключается в том, что накопление рудоносных горизонтов происходило на удалении от устья гидротермальных растворов. Данный вариант рудогенеза мог реализоваться только в условиях, которые, во-первых, препятствуют полному рассеиванию марганца в водной толще, а, во-вторых, способствуют эффективной сепарации марганца от железа.

Подобные условия, по-видимому, создавались в пониженных участках дна (впадина, кальдера, грабен и т.п.), где на больших глубинах при спокойной гидродинамической обстановке затруднялось быстрое перемешивание воды из придонного слоя с водами морской акватории. Поступление гидротерм в такие относительно замкнутые области обеспечивало существование в них специфической геохимической обстановки, промежуточной по своим параметрам (t, pH, f_O2, f_СО2, f_H2S и др.) между рудоносными растворами и океанической водой. То есть, в данном случае геохимический барьер не был сосредоточен вблизи устья источника, а расширялся на весь объем впадины.

Формирование четко дифференцированных железо- или марганецсодержащих отложений здесь происходило следующим образом. На стадии активной гидротермальной деятельности поступающее с растворами железо в придонной воде переходило в твердое состояние и совместно с кремнеземом медленно осаждалось на большой площади дна. Марганец, обладающий большей растворимостью, в это время сохранялся в растворенном виде и не покидал пределы впадины-ловушки. В периоды же затухания источников, находящиеся во впадинах воды из-за постепенного разбавления морской водой теряли способность удерживать растворенный марганец, и тот переходил в осадок. С началом нового гидротермального цикла процесс повторялся.

В пределах достаточно обширной впадины возможные кратковременные колебания интенсивности гидротермальной деятельности мало сказывались на флуктуации физико-химических параметров водной массы в целом. На процесс седиментации рудного вещества основное влияние оказывали лишь длительные и масштабно выраженные изменения гидрохимического режима. Следствием этого являются простое и очень однородное внутреннее строение продуктивных отложений без резкой смены минеральных ассоциаций как по разрезу, так и по латерали. Удаленность от гидротермальных источников, большие (ниже уровня карбонатной компенсации) глубины накопления осадков, низкая биологическая продуктивность среды приводили к тому, что марганец накапливался в оксидной форме. В ходе дальнейшего литогенеза исходно-осадочные оксиды марганца трансформировались в браунит.

Современные примеры дистальных марганцевых отложений очень немногочисленны. Ближе всего им соответствуют стратиграфически дифференцированные горизонты железо- и марганецсодержащих илов впадины Тетис в Красном море [1]. Геодинамическая обстановка здесь иная, чем реконструируемая для Магнитогорского палеовулканического пояса. Но предполагаемый механизм накопления красноморских марганцевоносных осадков принципиально такой же, как рассмотренный нами выше.

Предложенные модели образования марганцевых отложений взаимно дополняют друг друга. В обоих вариантах источником рудного вещества служили гидротермальные растворы. При этом, первая модель характеризует условия формирования приустьевых марганцевоносных отложений, а вторая – осадков, накопившихся в ходе седиментации той части гидротермального вещества, которая была рассеяна в водной толще. В первом случае накопление рудоносных осадков контролировалось преимущественно локальными факторами, зависящими в основном от эпизодических колебаний дебита гидротермального источника. Характер “фонового” осадконакопления в данном случае не оказывал решающего влияния на аккумуляцию марганцевых минералов. Доля литогенного вещества в рудных илах могла быть разной, в том числе и довольно значительной. Отсюда вытекает большое разнообразие пород на относительно небольшой территории. Во втором варианте, напротив, краткосрочные колебания режима гидротермальной активности были малозначимы. Образование рудных скоплений здесь тесно взаимосвязано с условиями седиментации, существовавшими длительное время в пределах обширного водоема. Подобная обстановка способствовала образованию однородных по составу и строению металлоносных отложений.

 

1. Бутузова Г. Ю. Гидротермально-осадочное рудообразование в рифтовой зоне Красного моря. М.: ГЕОС, 1998. 311 с.

2. Жуков И. Г., Леонова Л. В. Бентосная фауна из придонной гидротермальной постройки Файзулинского низкотемпературного палеогидротермального поля (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов–99. Рудоносность гидротермальных систем. Миасс: ИМин УрО РАН, 1999. С. 74–79.

3. Зайкова Е. В., Зайков В. В. Признаки придонного гидротермального происхождения железо-кремнистых построек Магнитогорско-Мугоджарской островодужной системы Урала // Металлогения древних и современных океанов – 2003. Формирование и освоение месторождений в островодужных системах. Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. С. 208–215.

4. Лисицын А. П. Гидротермальные системы мирового океана – поставка эндогенного вещества // Гидротермальные системы и осадочные формации срединно-океанических хребтов Атлантики. М.: Наука, 1993. С. 147–246.

5. Bogdanov Yu. A., Lisitzin A.P., Binns R.A. et al. Low-temperature hydrothermal deposits of Franklin Seamount, Woodlark Basin, Papua New Guinea // Marine Geology, 1997. Vol. 142. P. 99–117.